对化工过程开发步骤的初步了解
摘 要：本文通过通过叙述化工过程开发的基本步骤，简单介绍了对化工过程开发步骤的初步了解，以及进行化工过程开发的实际意义。 关键词：化工过程开发；步骤；意义
引言
从化学工业的发展看，各种新产品、新工艺、新技术，在它们实现工业化之前，大多都是从实验室研究开始的。但是，在实验室研究和工业生产之间，由于处理物料量等许多条件相差悬殊，两者的差别很大。实验室研究成果往往不能真实反映工业生产的情况，而只能在理论上说明该过程的可能性。若要把实验室的研究成果付诸工业化生产，必须对该成果进行多种形式的研究和反复论证，深入考察在实验室条件下无法考察的各种工程技术问题，并进行必要的技术经济评价。
只有经过科学论证，确认其工艺技术路线在技术上的可靠性，在经济上的合理性，并能提供设计生产装置的准确数据，才有条件去建立生产装置。这种由实验室研究过渡到建立生产装置的全过程，就是化工新产品、新工艺或新技术的开发过程，统称为化工过程开发。
1化工过程开发的步骤
化工过程开发时一种高投资、高风险、高效益，涉及面广的工程项目，要经过如下一系列步骤。 1.1收集资料
化工过程开发所需的资料十分广泛，除了、开发放大和过程优化所需的一切技术资料外，还有原料、产品、副产品、能源以及地理环境等方面的许多重要技术经济信息。其中只有少数时通过试验取得的，其它资料则需要通过从文献或互联网调查以及由社会调研来收集。
对于从文献或互联网收集的资料，一般都要对它的时效性做出预测后方能采用。对于从社会调研收集的资料，除了对时效性作必要的预测外，还应考虑不同地方或不同单位提供资料的差别，因此对资料进行校核时提高所收集信息可靠性的有效措施。 1.2概念设计
概念设计又称为预设计，时根据实验室取得的研究成果，并结合收集的各种技术经济信息，对被开发过程的工业化方案提出一个初步设想。它是前期研究成果的表现
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形式，是开发研究的关键环节。其目的是承前启后，既检验实验室研究成果是否符合技术开发的要求，又对以后开发步骤的研究或设计工作提供指导。
概念设计的主要内容有工艺技术路线和工艺方法的说明；工艺流程简图；简单的物料衡算和能量衡算；初步确定原材料和能耗指标；主要设备型式等。设计的重点应放在合理安排工艺流程上，注意流程中各工艺步骤间的配合，不要单纯追求化学反应的优化目标，以免给反应前后处理步骤带来困难。 1.3技术经济评价
技术经济评价的目的是对被开发项目的工艺技术方案进行科学论证，以使为该方案的实施做出决策。在不同开发阶段有：（1）初步评价：是在开发项目立项之前，对该项目决定取舍的一次评价。评价的依据是从调查和试验研究中收集的资料，对项目的科学性、实用性和可靠性进行评价；（2）中间评价：是在开发过程中，对各研究阶段的成果所做的评价。通常侧重于技术方案的科学性和可靠性，以及方案在经济上的合理性。其评价的依据是各开发阶段的研究报告或设计资料，以及所收集的有关技术经济信息；（3）最终评价：又称为项目评估，是在技术开发工作后期进行的。其目的是为该项目的投资建设做出抉择。评价依据是由开发研究成果和收集的各种经济信息汇总形成的可行性报告。如果得到投资方肯定，即可投资进行建设。 1.4模型试验
模型试验一般都是对工业生产中的某些重要过程作放大的工业模拟实验。多数情况下不涉及整个工艺流程和各工艺步骤间的衔接。其考察的重点是工艺和工程问题。有冷模试验和热模实验两种形式。
冷模试验是采用物理性质与实际工业生产物料相近的惰性物质进行试验，不发生化学反应，只单纯考虑过程的物理规律。这种考虑把化学和物理过程分解后分别加以考虑，有利于寻找产生放大效应的原因。
热模试验是用实际生产物料并按实际操作条件进行的试验，属于综合性试验考虑。考察内容主要是工艺条件的优化。这样的试验具有工艺试验性质，便于测区工艺参数和发现放大效应。 1.5中试
中试是“中间工厂试验”的简称，它是在小试完成并通过技术经济评价后，在概念设计基础上进行的放大效应试验工作。其目的在于对开发对象进行全面的模拟考虑，特别是考察各种工程因素对过程的影响。
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中试不是实验室装置的放大，而是工业装置的缩小，所用的设备、原料、仪表都已属于工厂类型，，属于实验工厂性质。中试是化工过程开发中的一个重要的试验步骤。
1.6基础设计
基础设计是在最终评价得到肯定后，依据中试结果以及有关资料，按照工业化的规模和要求，为建立工业化装置所做的设计和对放大结果的预测。基础设计的内容要比概念设计更详细、完善、准确。它是开发项目的技术水平，包括实验和设计人员经验、才干和思维及表达水平的综合体现，故应由研究单位编制，由研究人员来承担。 1.7工程设计
工程设计是依据基础设计编制的，它是用于指导建立生产装置的最终设计文件。工程设计已属于工程范畴，应由科研、设计、制造、生产单位的工程技术人员统筹负责进行。
2化工过程开发的实际意义
以杜邦公司开发尼龙-66的过程为例：
为了取得竞争优势，1927年杜邦公司决定大力开展定向（目标）基础研究，每年投资25万（折现约2500万）美元，招聘优秀人才。卡罗瑟斯（W.H.Carothers）应聘主持缩聚反应制取聚合物。
他从二元醇与二元酸的缩合反应着手，研究缩聚反应规律。但他们用乙二醇、癸二酸进行聚合反应制取聚酯时，
nHOCH2CH2OH+nHOOC(CH2)8COOH→HO[OCO(CH2)8COOCH2CH2]nH+(2n-1)H2O 发现这一熔融聚合物有非常奇妙的性质：能拉成丝，有可纺性；该丝在冷态时还可拉伸且强度、弹性增加。处于职业的敏感，他们意识到这一特性的价值，即合成纤维。他们把研究对象遍及脂肪酸、脂肪醇的缩合。后因这些产品易水解，熔点偏低，儿放弃了这一路线，把视线转向聚酰胺的研究。
他们以二元胺代替二元醇，合成了上百种聚酰胺。其中以己二胺、己二酸的缩聚物性质最为优异，其反应是：
nH2N(CH2)6NH2+nHOOC(CH2)4COOH→H[HN(CH2)6NHCO(CH2)4CO]nOH+(2n-1)H2O 反应温度为275oC-285oC。
因二元胺中有6个碳原子，二元酸中也含6个碳原子，故得名聚酰胺-66，习称尼龙-66（Nylon-66）。
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从实验室的成果到工业化还有一段漫长的路，例如解决己二胺、己二酸的工业生产，熔体输送、计量、设备材质、控制、喷丝等等。1939年中试，年底实现了工业化。这个项目历时11年，耗2200万（折现值约20亿）美元，有230位专家、博士参加研究开发工作。
尼龙丝强度比相同直径钢丝还高，尼龙袜子成为当时各国妇女抢购的时髦货，为杜邦公司带来了巨额的经济效益。
从以上案例中可以得到如下启迪：化工过程开发的意义不只是简单的生产规模的逐级放大，更是对现有工艺水平的优化过程，会带来巨大的经济效益和社会效益，而产品的经济效益和社会效益是推进研究和开发的巨大动力，因此必须深刻认识到化工过程开发工作进行的重要性和必要性，而且正确的理论指导是开发工作成功的捷径。
结语
由以上所述可以看出，化工过程开发要以立项前的可行性研究开始的，途经试验研究形成技术方案，设计和建立生产装置，开车调试，直到投入正常的工业生产等过程。这些工作程序不是简单的重复，而是逐步扩大和深入，完善和提高，其目的是为了能够及时发现缺点和错误，及时纠正错误以避免重大的损失。
通过对化工过程开发的初步了解，实验室研究成果要实现工业化，需要经过一个长期而艰巨的开发过程。其开发步骤也十分复杂，涉及技术、经济、社会、环境和安全等多方面的问题，必须认真、慎重地按要求进行，以最大程度地实现化工过程开发工作带来的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 化工过程开发概要（第二版）[M].北京:高等教育出版社,2002,4.
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